DE2647230A1 - Vorrichtung zur steuerung und winkelpositionierung eines gleichstrom- buerstenmotors - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung und winkelpositionierung eines gleichstrom- buerstenmotors

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DE2647230A1 DE19762647230 DE2647230A DE2647230A1 DE 2647230 A1 DE2647230 A1 DE 2647230A1 DE 19762647230 DE19762647230 DE 19762647230 DE 2647230 A DE2647230 A DE 2647230A DE 2647230 A1 DE2647230 A1 DE 2647230A1
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Description

  • Vorrichtung zur Steuerung und Winkelpositionierung
  • eines Gleichstrom-Bürstenmotors Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und Winkelpositionierung eines Gleichstrom-Bürstenmotors mit einem auf der Motorwelle sitzenden Tachogenerator, mit einer die Motorbestromung steuernden Leistungsstufe und mit einem Operationsverstärker, der die Ausgangs-Ist-Spannung des Tachogenerators mit einer vorgegebenen, der gewünschten Motordrehzahl entsprechenden Soll-Spannung vergleicht und die Leistungsstufe analog der festgestellten Spannungsdifferenz steuert.
  • Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Mit solchen Vorrichtungen lässt sich die Drehzahl eines Gleichstrom-Bürstenmotors in gewünschter Weise steuern. Dazu wird von dem auf der Motorwelle sitzenden Tachogenerator eine Ist-Spannung abgenommen, die der jeweiligen momentanen Drehzahl des Motors entspricht. Diese Ist-Spannung wird mit einer vorgegebenen Soll-Spannung verglichen, die die gewünschte Motordrehzahl darstellt. Ist- und Soll-Sparmung werden durch einen Operationsverstärker verglichen, dessen Ausgangssignal die Motorbestromung analog der festgestellten Abweichung der Ist-Spannung von der Soll-Spannung steuert.
  • Mit dieser bekannten Vorrichtung ist zwar eine sehr genaue Steuerung der Drehzahl eines Gleichstrommotors möglich, eine genaue Winkelpositionierung des Motors beim Ab stoppen ist dagegen nicht möglich. Zum Zwecke einer genauen Winkelpositionierung mussten deshalb bisher Schrittmotoren verwendet werden. Diese Schrittmotoren sind jedochegenüber einem Gleichstrom-Bürstenmotor wesentlich aufwendiger aufgebaut und benötigen ausserdem eine verhältnismässig aufwendige SteueLektronik.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine genaue Winkelpostionierung auch eines einfach aufgebauten Gleichstrom-Bürstenmotors ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung de eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass auf der Motorwelle eine Takt scheibe mit über den Umfang verteilten Durchbrechungen sitzt, dass eine Lichtquelle und dieser gegenüber eine Differentialfotodiode vorgesehen sind, zwischen denen sich der mit den Durchbrechungen versehene Bereich der Taktscheibe befindet, und dass zum Abstoppen des Motors das Ausgangssignal der Differentialfotodiode als Soll-Signal an dem Operationsverstärker anliegt.
  • Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine Steuerung der Motordrehzahl eines Gleichstrom-Bürstenmotors in der gleichen Weise wie die eingangs beschriebene bekannte Vorrichtung. Zusätzlich ist jedoch eine äusserst genaue Winkelpositionierung beim Abstoppen des Motors möglich. Die genauen Winkelstellungen, in welchen der Motor abgestoppt werden kann, sind durch die Durchbrechungen der Taktscheibe festgelegt. Zum Abstoppen des Motors wird auf das entsprechende Stoppsignal hin das Ausgangssignal der Differentialfotodiode als Soll-Signal dem Operationsverstärker zugeführt.
  • Sobald auf das Stoppsignal hin die nächste Durchbrechung der sich mit der Motorwelle drehenden Takt scheibe in den Bereich der Lichtquelle und der Differentialfotodiode kommt, fällt das Licht der Lichtquelle durch diese Durchbrechung auf die Differentialfotodiode. Solange die Mitte dieser Durchbrechung nicht genau mit der Verbindungslinie von Lichtquelle und Differentialfotodiode ausgerichtet ist, wird die Differentialfotodiode von der Lichtquelle unsymmetrisch beleuchtet. Dadurch wird eine der beiden Fotodioden der Differentialfotodiode stärker als die andere beleuchtet und die Differentialfotodiode liefert ein Ausgangssignal.
  • Dieses Ausgangs signal wird als Soll-Signal auf den Operationsverstärker gegeben, der dementsprechend die Motorbestromung so steuert, dass der Motor und mit diesem die Taktscheibe in der Richtung gedreht wird, dass sich die Durchbrechung symmetrisch zu der Differentialfotodiode ausrichtet. Erst wenn diese genaue Ausrichtung und damit Winkelpositionierung des Motors erreicht ist, wird die Differentialfotodiode symmetrisch beleuchtet, so dass beide Dioden der Differentialfotodiode gleich stark beleuchtet werden und diese somit kein Ausgangssignal liefert. Es wird somit auch kein Soll-Signal an den Operationsverstärker geliefert, so dass der Motor nicht mehr bestromt wird.
  • Da der Motorrotr eine gewisse Trägheit besitzt, neigt der Rotor dazu, sich über die gewünschte Winkelposition beim Abstoppen hinauszudrehen. Die Differentialfotodiode erzeugt daher eine relativ starke Bestromung des Motors in Gegenrichtung, was zu einem erneuten Drehen des Motors in Gegenrichtung über die gewünschte Winkelposition hinausführt.
  • Die beschriebene Winkelpositionierung hätte somit einen verhältnismässig langdauernden Einschwingvorgang zur Folge.
  • Ein solches ungünstiges Einschwingverhalten wird erfindungsgemäss dadurch verhindert, dass der Tachogenerator zwangsläufig zu einer starken Dämpfung der Schwingung führt. Da zum Abstoppen des Motors, auf das entsprechende Stoppsignal hin, keine Soll-Spannung an dem die Motorbestromung steuernden Operationsverstärker anliegt, tritt nur dann keine Motorbestromung auf, wenn die Motorwelle aill steht und der Tachogenerator somit kein Ausgangssignal liefert. Jede Drehung der Motorwelle erzeugt dagegen ein Dachogenerator-Ausgangssignal, das zu einer Bestromung des Motors entgegen seiner Drehrichtung führt. Insbesondere wenn das Dachogenerator-Ausgangssignal noch über einen Operationsverstärker verstärkt wird, hat dies zur Folge, dass der Motor im Stoppzustand jeder Drehung ein sehr starkes entgegengerichtetes Drehmoment entgegensetzt. Dieses starke entgegengesetzte Drehmoment führt zu einer sehr starken Dämpfung des Einschwingens bei der Winkelpositionierung.
  • Die erfindungsgemässe Vorrichtung liefert daher mit einfachsten Mitteln nicht nur eine Steuerung der Motordrehzahl sondern auch eine äusserst präzise und schnelle Winkelpositionierung eines Gleichstrom-Bürstenmotors.
  • Die Takt scheibe mit ihren Durchbrechungen kann dabei zusätzlich während des Laufens des Motors zur Steuerung verwendet werden. Dazu werden während des Laufens des Motors die in der Differentialfotodiode durch die Lichtquelle und die Durchbrechungen der Takt scheibe erzeugten Sigale gezählt, um die Anzahl der Motorumdrehungen oder Winkelschritte zu bestimmen. Beispielsweise kann der Motor mit einer hohen Drehzahl von etwa 3.000 bis 5.000 Umdrehungen pro Minute eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen ausführen, die durch die von Lichtquelle, Dalt:tscheibe und Differentialfotodiode erzeugten Lichtsignale gezählt wird.
  • Nach dieser vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen der Motorwelle wird die Motorsteuerung durch ein entsprechendes Signal auf eine langsamere Drehzahl von beispielsweise 1oo bis 500 Umdrehungen pro Minute umgeschaltet. Aus dieser langsamen Drehzahl ist ein sofortiges Abstoppen des Motors möglich, so dass auf ein Stoppsignal hin der Motor abgestoppt wird, sobald die nächste Durchbrechung der Gaktscheibe in den Bereich der aus Lichtquelle und Differentialfotodiode gebildeten Lichtschranke gelangt. Da auch während des Langsamgangs die Zahl der Umdrehungen bzw. Winkelschritte der Taktscheibe gezählt wird, kann der Motor durch die erfindungsgemässe Vorrichtung nach einer genau vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen und Bruchteilen von Umdrehungen abgestoppt werden.
  • Eine solche genaue Motorsteuerung und Positionierung ist beispielsweise bei Buchungsautomaten für den Einzug von Kontenkarten erforderlich. Durch eine von der Motorwelle angetriebene Walze wird dabei die Kontenkarte jeweils um eine vorgegebene Strecke vor- oder zurückgezogen, so dass eine gewünschte angesteuerte Zeile der Kontenkarte gelesen oder beschrieben werden kann.
  • Selbstverständlich eignet sich die erfindungsgemässe Steuervorrichtung auch für alle anderen Anwendungszwecke, bei denen bisher ein Schrittmotor verwendet werden musste.
  • Weitere Merkmal und Vorteile der Erfindung gehen aus den Patentanspriichen un3 der folgenden Beschreibung hervor.
  • Im folgenden wird die Erfinlurlg anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 chematisch die Vorrichtung gemäss der Erwindung und Fig. 2 einen Schalüplan eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • Wie Fig. 1 zeigt, sitzt auf der schematisch dargestellten Welle 10 eines Gleichstrommotors 12 ein Dachogenarator 14 sowie eine Taktscheibe 1S. Die Taktscheibe 16 weist an ihrem Umfang Durchbrechungen in Form von Löchern 18 auf.
  • Im Bereich dieser Durchbrechungen 18 ist auf einer Seite der Taktscheibe 16 eine Lichtquelle 20 angebracht. Auf der anderen Seite der Ta'cb-scheibe 1G befindet sich dieser Lichtquelle 20 gegenüber e-ine Differentialfotodiode 22, die aus zwei in Umfangsrichtung der Takt scheibe 16 nebeneinander angeordneten Foüodioden 22 a und 22 b besteht.
  • Die Ausgangspannungen der gegeneinander geschalteten Fotodioden 22 a und 22 b werden auf einen Differenzverstärker 24 gegeben.
  • Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 24 wird während des Laufens des Motors der Steuerelektronik 26 zugeführt.
  • Die Zahl der Ausgangssignale des Differenzverstärkers 24, die der Anzahl der an der Differentialfotodiode 22 -vorbeibewegten Durchbrechungen 18 enticht, wird in bekannter Weise in der Steuerelektronik 26 gezählt, um die Anzahl der Motorumirehungen bzw. der Winkelschritte des Motors für die Programmsteuerung zu bestimmen.
  • Auf ein von der Steuerelektronik 26 kommendes Stopp-Signal wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 24 in später zu beschreibender Weise einer Ist-Soll-Vergleichsschaltung 28 zugeführt. Ein Beispiel für den Aufbau der Ist-Soll-Vergleichsschaltung 28 wird später anhand der Figur 2 beschriebex Der Ist-Soll-Vergleichs schaltung 28 wird durch die Steuerelektronik 26 je nach deren Programmierung ein Langsam-Vorwärts-Befehl, ein Schnell-Vorwärts-Befehl, ein Langsam-Rückwärts-Befehl, ein Schnell-Rückwärts-Befehl oder ein Stopp-Befehl zugeführt. Im Falle eines Vorwärts- oder Rückwärts-Befchles wird in der Ist-Soll-Vergleichsschaltung 28 jeweils eine dieser gewünschten Drehzahl entsprechenden vorgegebene Soll-Spannung mit der der tatsächlichen Motorendrehzahl entsprechenden Ist-Spannung des Tachogenerators 14 verglichen. Ein diesem Vergleich entsprechendes Ausgangssignal steuert analog eine Leistungsstufe 30. Die Leistungsstufe 30 steuert wiederum die Bestromung des Gleichstrommotors 12.
  • Anhand des Schaltungsbeispiels der Figur 2 soll nun Aufbau und Funktionsweise der Drehzahlsteuerung und Winkelpositionierung im einzelnen beschrieben werden.
  • Die in Figur 2 dargestellte Steuerungs- und Positionierungsschaltung wird von der Steuerelektronik 26 über die Eingänge 32, 34, 36,3ß und 40 angesteuert. Über den Eingang 32 wird das Stopp-Befehlssignal, über den Eingang 34 das Befehlssignal für die Vorwärtsdrehung im Langsamgang, über den Eingang 36 das Befehlssignal für die Vorwärtsdrehung im Schnellgang, über den Eingang 38 das Befehlssignal für die Rückwärtsdrehung im Langsamgang und iiber den Eingang 40 das Befehlssignal für die Rückwärtsdrehung im Schnellgang zugeführt.
  • Die Bestromung des Gleichstrom-Bürstenmotors 12 wird durch eine Leistungsstufe gesteuert, die aus den Transistoren 42, 44, 46 und 48 besteht. Diese Transistoren 42 bis 48 sind in bekanntes Weise als integrierte Darlingten-Verstärker ausgebildet. In der vorliegenden Schaltung, die mit einer Versorgungspannung von +24 Volt arbeitet, sind die Transistoren 42 und 44 bzw.
  • die Transistoren 46 und 48 jeweils in Reihe zwischen die Versorungsspannung von +24 Volt und die Masseleitung von 0 Volt geschaltet. Die Transistoren 42 und 46 sind npn-Transistoren, während die Transistoren 44 und 48 pnp-Transistoren sind. Der Gleichstrommotor 12 ist mit seinen Stromzuleitungen zwischen die jeweiligen Verbindungspunkte der Emitter der Transistoren 42 und 44 bzw. 46 und 48 geschaltet. Die Transistoren 42 und 44 werden über ihre miteinander verbundenen Basen angesteuert und ebenso werden die Transistoren 46 und 48 gemeinsam über ihre miteinander verbundenen Basen angesteuert.
  • Da die Transistoren 42 und 44 genau gleich aufgebaut sind wie die Transistoren 46 und 48 befindet sich im Ruhezustand der Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 42 und 44 auf dem gleichen Potential wie der Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 46 und 48, so dass über den Gleichstrommotor 12 kein Strom fliesst. Bei einem positiven Anstieg der an den Basen der Transistoren 42 und 44 anliegenden Steuerspannung wird der Transistor 42 stärker aufgesteuert, während der Transistor 44 zugesteuert wird. Dadurch ergibt sich ein analoges Ansteigen des potentials am Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 42 und 44. Das an den Basen der Transistoren 42 und 44 anliegende Steuersignal wird gleichzeitig dem inertierenden Singang eines Operationsverstärkers 5o zugeführt, der einen Verstärkungsfaktor von 1 aufweist. Das invertierte Ausgangs signal des Operationsverstärkers 50 liegt an den miteinander verbundenen Basen der Transistoren 46 und 48 an. Dadurch wird der Transistor 46 analog dem Steuersignal zugesteuert, während der Transistor 48 analog aufgesteuert wird. Das Potential am gemeinsamen Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 46 und 48 nimmt daher ab, so dass eine Potentialdifferenz zwischen dem Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 42 und 44 und dem Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 46 und 48 entsteht, die zu einer Bestromung des Motors 12 führt. In entsprechender Weise führt ein Absinken der an den Basen der Transistoren 42 und 44 anliegenden Steuerspannung zu einem Absinken des Potentials am Verbindungspunkt de:r Emitter der Transistoren 42 und 44 und zu einem Anstieg des Potentials am Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 46 und 48, so dass der Gleichstrommotor 12 in entgegengesetzter Richtung bestromt wird und sich rückwärts dreht.
  • Die Steuerung der aus den Transistoren 42, 44, 46 und 48 bestehenden Leistungsstufe erfolgt über einen als Differenzverstärker arbeitenden Operationsverstärker 52, dessen Ausgangssignal an den niteinander verbundenen Basen der Transistoren 42 und 44 und über den invertierenden Operationsverstärker 5o an den mit ein anker verbundenen Basen der Transistoren 46 und 48 anliegt.
  • Am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 liegt im Ruhezustand eine Spannung an, die durch das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände R 1 und R 2 bestimmt ist. Die Widerstd:nde R 1 und R 2 sind im dargestellten Beispiel gleich, so dass am invertierenden Eingang des operationsverstärkers 52 im Ruhezustand die Spannung von + 12 Volt anliegt.
  • Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 52 ist mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 54 verbunden, der die Ausgangsspannung des Tachogenerators 14 verstärkt. Im Ruhezustand, d.h. bei Stillstand des Motors 12 in einer vorgeschriebenen Winkelposition erzeugt der Tachogenerater 14 keine Ausgangspannung, so dass am Differenzverstärker 52 keine Spannungsdifferenz anliegt und der Differenzverstärker 52 kein Steuersignal für die Leistungsstufe erzeugt. Der Motor 12 wird daher, wie oben beschrieben, nicht bestromt.
  • Dieser Ruhezustand wird durch die Steuerelektronik 26 in der Weise erzeugt, dass der Anschluss 34 frei ist, der Anschluss 36 an Masse liegt, der Anschluss 38 an Masse liegt und der Anschluss 40 frei ist.
  • Soll der Motor 12 im Langsamgang in Vorwärtsrichtung gedreht werden, so wird durch die Stewelektronik 26 der Anschluss 4 an Masse gelegt und somit der Widerstand R 3 parallel zu dem Widerstand R 2 geschaltet.
  • Dadurch sinkt das an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 anliegende Potential ab, so dass eine Spannungsdifferenz an Eingang des Operationsverstärkers 52 entsteht. Die Steuerspannung am Ausgang des Operationsverstärkers 52 steigt daher an und der Motor 12 wird in der oben beschriebenen Weise analog der am Operatiensverstrker 52 anliegenden Spannung in Vorwärtsdrehrichtung bestromt. Entsprechend der Motor drehung entsteht am Tachogenerator 14 eine Ausgangsspannung , die über den Operationsverstärker 54 verstärkt dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 zugeführt wird. Sobald der Motor 12 die gewünschte Drehzahl im Langsamgang erreicht hat, hat die am nicht invertierenden Eingang des Operatiionsver stärkers 52 anliegende Spannung den Wert der Spannung am invertierenden Eingang erreicht, so dass der Operationsverstärker 52 kein Ausgangssignal mehr liefert und die Motorbestromung beendet wird. Sinkt die Motordrehzahl unter den vorgegebenen Wert ab, setzt die Motor bestromung wieder ein. Steigt die Motordrehzahl über den vorgegebenen Wert an, so erzeugt der Differenzverstärker 52 ein entgegengesetztes Ausgangssignal und der Motor 12 wird entgegen seiner Drehrichtung bestromt, bis er die vorgegebene Drehzahl wieder erreicht hat.
  • Das Absinken der am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 anliegenden Soll-Spannung und damit die Drehzahl des Motors im Langsamgang wird durch den aus den Widerständen R 1, R 2 uiid R j> gebildeten Spannungsteiler bestimmt.
  • Soll der Motor im Langsamgang rückwärts gedreht werden, so wird der nornialerweise an Masse liegende Anschlss 38 durch die Steuerelektronik 25 freigegeben. Die Spannung an Anschluss 38 steigt dadurch an und ebenso steigt die am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 anliegende Spannung an. Der Spannungsanstieg am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 wird dabei durch den Spannungsteiler bestimmt, der von den Widerständen R 1 und R 2 sowie der parallel zu dem Widerstand R 1 geschalteten Reihenschaltung des Widerstandes R 4 und der Diode D 1 gebildet wird.
  • Durch das Ansteigen der Spannung am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 ensteht eine Spannungsdifferenz am Eingang des Differenzverstärkers 52, die zu einem negativen Ausgangssignal des Operationsverstärkers 52 führt, was wiederum zu einer analog gesteuerten Bestromung des Motors 12 in Rückwärtsrichtung führt. Durch die Drehung des Motors 12 entsteht in der oben beschriebenen Weise am lachogenerator 14 eine Ausgangsspannung, die über den Operationsverstärl.er 54 verstärkt dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 zugeführt wird. Die Drehzahl des Motors 12 steigt in der oben beschriebenen Weise an, bis die gewünschte Soll-Drehzahl erreicht ist und die Spannungsdifferenz am Eingang de Operationsvertärkers 52 verschwindet.
  • Soll der Motor im Schnellgang in Vorwärtsrichtung gedreht werden, so wird der normalerweise an Masse liegende Anschluss 36 durch die Steuerelektronik 26 freigegeben. Dadurch steigt die am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 anliegende Spannung praktisch auf den vollen Wert der Versorgungsspannung von + 24 Volt an. Die am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 anliegende Spannung bleibt auf dem durch die Widerstände R 1 und R 2 bestimmten Wert von + 12 Volt. Entsprechend dieser am Differenzerstärker 52 anliegenden grossen Spannungsdifferenz erzeugt dieser ein grosses positives Ausgangssignal, das zu einer hohen Bestromung des Motors 12 in V rwärtsrichtung führt. Der Motor 12 läuft daher mit einem hohen Drehmoment an. Die Drehzahl des Motors 12 steigt nun solange an, bis die vom Tachogenerator 14 erzeugte und vom Operationsverstärker 54 verstärkte Spannung den Spannungsanstieg am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 ausgeglichen hat. Auch hierbei erfolgt die Bestromung des Motors 12 analog, d.h. die Bestromung nimmt mit zunehmender Drehzahl des Motors ab und kehrt sich um, falls die Drehzahl die vorgegebene Soll-Drehzahl des Schnellgangs überschreitet. Die Soll-Drehzahl wird dabei im wesentlichen durch den Widerstand R 5 bestimmt, wobei eine Variation durch den Abgleichwiderstand R 6 möglich ist.
  • Soll schliesslich der Motor im Schnellgang in Rückwärtsrichtung gedreht werden, so wird durch die Steuerelektronik 26 der normalerweise frei liegende Anschluss 4o an das Massepotential 15Full gelegt. Dadurch sinkt die am nicht invertierenden Eingang des Diff erenzverst ärker s 52 anliegende Spannung nahezu auf das Potential Null ab.
  • Da am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 weiterhin die Spannung von + 12 Volt anliegt,entsteht eine starke Spannungsdifferenz, die zu einem entsprechend grossen negativen Ausgangssignal des Differenzverstärkers 52 führt. Der Motor 12 wird somit in Rückwärtsrichtung stark bestromt, so dass er mit hohem Drehmoment anläuft.Mit zunehmender Drehzahl des Motors 12 wächst die Spannung des Tachogenerators 14 an, bis der Spannungsabfall an nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 ausgeglichen und die Eingangs-Spannungsdifferenz des Differenzverstärkers 52 verschwunden ist. Das analoge Einregeln der Soll-Drehzahl geschieht in der oben beschriebenen Weise.
  • Die Soll-Drehzahl bei der Rückwärtsdrehung im Schnellgang wird durch die Widerstände R 5, R 6, die Diode D 2 und den Widerstand R 7 bestimmt, wobei eine Variation durch den Abgleichwiderstand R 6 ebenfalls möglich ist.
  • Das Abstoppen des Motors und die genaue W;nkelpositionieeng sollen nun beschrieben werden.
  • Von der Steuerelektronik 26 wird auf den Anschluss 32 das Stoppsignal gegeben, d.h. dieser normalerweise an Masse liegende Anschluss wird freigegeben. Die Anschlüsse 34 bis 40 befinden sich dabei in dem oben beschriebenen Ruhezustand.
  • Durch das Freigeben des Anschlusses 32 steigt die Spannung am Gate eines Feldeffekttransistors 55 an, so dass dieser durchgeschaltet wird. Die über dem Differenz-Operationsverstärker 24- verstärkte Ausgangsspanhung der aus den Fotodioden 22 a und 22 b bestehenden Differentialfotodiode 22 wird nun über diesen Feldeffekttransistor 56 an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 gelegt. Falls die Winkelposition des Motors 12 und somit der Taktscheibe 16 von der genauen gewünschten Winkelposition abweicht, werden die Fotodiode 22 a und 22 b in der oben beschriebenen Weise von der Lichtquelle 20 durch die entsprechende Durchbrechung 18 der Taktscheibe 16 ungleichmässig beleuchtet, so dass eine Spannungsdifferenz am Ausgang der Differentialfotodiode entsteht, die durch den Operationsverstärker 24 verstärkt wird. Die durch die Widerstände R 1 und R 2 festgelegte Spannung von + 12 Volt am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 wird somit je noch der Richtung der Abweichung der Taktscheibe 16 von der genauen Winkelposition erhöht oder erniedrigt. Dies führt iii der oben für den Langsamgang beschriebenen Weise zu einer analogen Bestromung des Motors 12, wordurch dieser in Drehung versetzt wird und sich in Richtung auf die genaue gewünschte Winkelposition dreht. Sobald sich der Motor 12 und die Taktscheibe 16 über diese genaue Winkelposition hinaus drehen, kehrt sich das Ausgangssignal der Differentialfetediode 22 um und der Motor wird in entgegengesetzter Richtung bestromt.
  • Ein solches Schwingen unedle gewünschte Ruheposition aufgrund der Massenträgheit des Motors wird durch die Dämpfungswirkung des Tachogenerators 14 verhindert.
  • Die Drehung des Motors fithrt nämlich zu einer Ausgangsspannung am Tachogenerator, die über den Opterationsverstärker 54 verstärkt .il dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers ,2 anliegt. Diese Dachogeneratorspannung erzeugt daher zum Eingang des Differenzerstärkers 52 eine Spannunsdifferenz, die zu einer Bestromung des Motors 12 entgegen einer jeweiligen Drehrichtung führt.
  • Aufgrund der analogen Steuerung der Bestromung ist diese Bestromung entgegen der Drehrichtung am stärksten, wenn der Motor 12 bzw. die Takt scheibe 16 durch die gewünschte genaue Winkelposition läuft. Bei diesem Durchgang durch die genaue Winkelposition entsteht nämlich an der Differentialfotodiode 22 kein Ausgangssignal, so dass am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 nur die der Drehzahl Null entsprechende Soll-Spannung von 12 Volt anliegt.
  • Die vom Tachogenerator 14 erzeugte Ist-Spannung führt somit zu einer starken Dämpfung des Einschwingen des Motors 12 um seine genaue Winkelposition. Die Stärke der Dämpfung ist dabei insbesondere durch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 54 bestimmt. Der Gleichstrom-Bürstenmotor 12 kann daher mit einer Einschwingzeit von weiigen Mikrosekunden auf eine genaue Winkelposition abgestoppt werden, wobei die Genauigkeit der Winkelpositionierung lediglich durch die Geometrie von Lichtquelle 20, Taktscheibe 16 und Differentialfotodiode 22 bestimmt ist.

Claims (11)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zur Steuerung und Winkelpositionierung ~~~ eines Gleichstrom-Büstenmotors mit einem auf der Motorwelle sitzenden Tachogenerator, mit einer die Motorbestromung steuernden LeistungsstuSe, und mit einem Operationsverstärker, der die Ausgangs-Ist-Spannung des Tachnogenerators mit einer vorgegebenen, der gewünschten Motordrehzahl en-tsprechenden Soll-Spannung vergleicht und die Leistungsstufe analog der festgestellten Spannungsdifferenz steuert, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Motorwelle (lo) eine Taktscheibe (16) mit über den Umfang verteilten Durchbrechungen (18) sitzt, dass eine Lichtquelle (20) und dieser gegenüber eine Differentialfotodiode (22) vorgesehen sind, zwischen denen sich der mit den Durchbrechungen versehene Bereich der Taktscheibe befindet. und dass zwn Abstoppen des Motors (12) das Ausgangssignal der Differentialfotodiode als Soll-Signal an dem Operationsverstärker (52) anliegt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Tachogenerators (14) über einen Operationsverstärker (54) verstärkt wird.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Leistungsstufe (42, 44, 46, 45) steuernde Operationsverstärker (52) ein Differenzverstärker ist, an dessen einem Eingang eine vorgegebene feste Spannung (+ 12 V) und an dessen anderem Eingang die verstärkte £Pachogeneratorspannung anliegt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene feste Spannung (+ 12 V) für eine Vorwärts- bzw. Rückwärtsdrehung des Motors im Langsamgang um einen vorgegebenen Betrag erniedrigt bzw. erhöht wird.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vorwärts- bzw. Rückwärtsdrehung des Motors (12) im Schnellgang an den Eingang des Differenzverstärkers (52), an welchem die Tachogeneratorspannung anliegt, zusätzlich ein positive bzw. negative Spannung angelegt wird.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsstufe in beide Strmmzuleitungen des Motors (12) geschaltete Leistungsverstärker aufweist, die jeweils aus zwei entgegengesetzt dotierten, in Reihe geschalteten Uransistoren (42 und 44 bzw. 46 und 48) bestehen, deren gemeinsamer Verbindungspunkt jeweils mit einem Motoranschluss verbunden ist, wobei die Basen der zwei Transistoren (42, 44) der einen Stromzuleitung direkt mit dem Ausgang des Differenzverstarkers (52) und die Basen der zwei Transistoren (46, 48) der anderen Stromzuleitung er einen invertierenden Operationsverstärker (59) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (4L, 44, 46, 48) jeweils durch integrierte Darlington-Vertärker gebildet sind.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Spannungsdifferenz der Differentialfotodiode (22) iiber er einen Operationsverstärker (24) verstärkt wird.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Differen3-fotodiode (22) über einen durch das Stoppsignal aufgesteuerten Feldeffekttransistor (56) an dem Differenzoperationsverstärker (52) anliegt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Differenzfotodiode (22) über den Feldeffekttransistor (56) auf n Eingang mit der festen Spannung (+ 12 V) geführt ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Durchbrechungen (18) der Taktscheibe (16) in der Differentialfotodiode (22) erzeugten Lichtsignale zur Zählung der Motordrehung für die Steuerung verwendet werden.
DE19762647230 1976-10-20 1976-10-20 Vorrichtung zum Anhalten eines Elektromotors an einer bestimmten Stelle Expired DE2647230C3 (de)

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